JPS602622B2 - speed generator - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は速度発亀機に関する。[Detailed description of the invention] The present invention relates to a speed generator.

従釆、モータの速度を検出する手段として、モータの速
度に比例する周波数のパルスを検知する方法が一般的で
ある。Accordingly, as a means for detecting the speed of the motor, it is common to detect pulses with a frequency proportional to the speed of the motor.

この場合モータの回転軸に速度周波数発電機を別途設け
るのが普通であった。本発明はモータの本体中に速度発
電機を組込むものであるが、速度発電機の一部分をモー
タ本体と兼用することにより、速度発電機を４・型、簡
易にすることを目的とし、ひいては速度検出手段を含む
モー夕全体の構造を簡単化しようとするものである。以
下、図面に従って本発明の一実施例を説明する。In this case, it was common to separately provide a speed frequency generator on the rotating shaft of the motor. The present invention incorporates a speed generator into the main body of the motor, and by using a part of the speed generator as the motor main body, the purpose of the present invention is to simplify the speed generator into a 4-type model, and thereby speed detection. The purpose is to simplify the overall structure of the motor, including the means. An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第１図ａ，ｂは本発明の一実施例を示し、特に無整流子
モータにおける回転界磁磁石５とその保持のための軟磁
性材６、及び速度発電機の検出手段であるホール素子１
〜３の機械的配置について概略を示したものである。Figures 1a and 1b show an embodiment of the present invention, in particular a rotating field magnet 5 in a commutatorless motor, a soft magnetic material 6 for holding it, and a Hall element 1 serving as a detection means for a speed generator.
This figure shows an outline of the mechanical arrangement of items 1 to 3.

ホール素子はステータ側に固定され、磁石５と軟磁性材
６とは回転軸７に一体結合されて成る。軟磁性材６はそ
の外周部に均等ピッチで刻まれた凹凸部を有し、前記ホ
ール素子に対して回転につれて凸部と凹部とが交互に対
向されるように配置される。今、３相モー外こおける本
速度発電機の例についてのべる。The Hall element is fixed to the stator side, and the magnet 5 and soft magnetic material 6 are integrally connected to the rotating shaft 7. The soft magnetic material 6 has concave and convex portions carved at a uniform pitch on its outer circumference, and is arranged so that the convex portions and concave portions alternately face each other as the soft magnetic material 6 rotates with respect to the Hall element. Now, let's talk about an example of a three-phase motor external generator.

まずホール素子１〜３は機械角で１２０ｏ間隔で配置す
る。軟磁性材６の凹凸は一周で今２０８、つまり２４函
である。第２図にホール素子１〜３の電気的結線を示し
、第３図にその動作を説明するための状態図を示す。ホ
ール素子１〜３は３本の各入力電流素子が直列接続され
るものとする。これらに今、ほゞ一定の電流を流すもの
とすると、ホール素子１には第３図ａに示すごとき電圧
が。ータの回転に従ってあらわれる。つまりホール素子
１が第１図ａの位置にあって、ロータが矢印１００の方
向へ回転するとき、回転角８の変化につれてＩＡ端子に
ＶＩＡなる電圧が現われる。つまり第１図ｂにおいて、
本来回転トルクを出すべく主界滋生成用に設けた磁石５
の側面付近からの磁束は、図中の点線に示す如き経路に
よりホール素子１を貫通して欧磁性材６へ入りこむ。こ
の磁束量はロータの回転に従って、界磁磁石の極中心付
近では大きく、極間境界付近では小さくなる。同時に欧
磁性材の端部の凹凸のためにその磁束は疎密の変調をう
け、その結果、ホール素子１のＩＡ端子出力ＶＩＡは第
３図ａの如くになる。このときＩＢ端子出力は、素子１
の入力両端電位層のはゞ中間値＆の一定値にあるのが普
通である。ロータが回転をつづけ、ホール素子１を通過
する磁束の極性が反転すればＩＢ端子側に出力が現れ、
ＩＡ端子側は変化のない一定電圧となる。かくして磁石
の犠牲の切換わる毎に、ＩＡ、ＩＢ端子には交互に出力
が現れ、それらの出力を合成するとその結果は第３図ａ
の様な波形で得られる。同様にホール素子２，３につい
ても各出力端に交互に出力が得られ、第３図ｂ、ｃの様
になる。さて第２図において抵抗器１１〜１６によって
ＶＩへＶＩＢ、Ｖ泌・・・Ｖ窓の電圧を全て合成、っま
．り加算すると第３図ｄに示すごとき電圧出力が得られ
る。ホ−ル素子１〜４の各出力の一端では、磁石の界磁
磁極に対応する正弦波状の半波出力が基本波としてまず
存在し、それが鰍磁性材６の端部の凹凸により変調され
た結果が出力である。これら各出力を加算すると前記基
本波分が加算されると共に、凹凸による変調波分も加算
される。このとき、ホール素子を３個用いて加算するの
で前記基本波分は３相全波整流をさせたと同様になって
脈動分は４・さくなる。後者の凹凸の加算については、
一つのホール素子が鰍磁性材６の凸部と対向するときに
は、他の端子も同じく凸部と対向する様にさせたとき、
加算の結果、軟磁性材により得られた凹凸信号はそのま
ま残すことができる。つまり加算する結果、基本波分を
軽減しつつ、凹凸信号は減少させずに残しうる。界磁磁
極の中心付近にホール素子があるときには起磁力が大枚
に凹凸の変調信号も大きいが、極の境界付近に来るとそ
の変調信号が小さくなる。しかし３個の素子が所定の位
相差（今の場合２竹／３）をもってその出力を加算され
る結果、凹凸信号は回転角８の変化によってもその振中
はあまり変化せず概ね一定の出力が縛られる。前記基本
波分を除去し、また外来ノイズを除去して安定な信号を
取出すにはハィパスフイルタ８の様な帯城通過回路を通
して信号を処理すれば良い。そうすると薮磁性材６の外
周の凹凸がロータの回転に伴って変化する信号「つまり
回転数に比例する周波数を持った交流信号がより安定に
得られる。所でホール素子各々が軟磁性材の凹凸に対し
ていずれも同相で対向するためには、凹凸の極数をＫと
し、磁石の極対数をＰ「ホール素子の個数を◇とすると
き、Ｋ＝ＮＰＪ（Ｎは任意の正整数）なる関係を満たし
ておれば良い。Ｐ＝４極対、０＝３ならばＫ＝１２×Ｎ
であり、第１図はＮ＝２の場合にあたる。ただしこの関
係はホール素子が円周３６０ｏの中で均等ピッチでおか
れた場合にのみ必要な条件であって、ホ−ル素子の円周
方向３６０ｏ中での割振りを不均一にする場合には前記
条件を満たさなくとも良い。ところで、１つのホール素
子の出力端子間電圧の犠牲をみることによってロータの
位鷹を検出することが出来る。First, Hall elements 1 to 3 are arranged at intervals of 120 degrees in mechanical angle. The number of unevenness of the soft magnetic material 6 is 208 in one circumference, that is, 24 boxes. FIG. 2 shows the electrical connections of the Hall elements 1 to 3, and FIG. 3 shows a state diagram for explaining their operation. Hall elements 1 to 3 are assumed to have three input current elements connected in series. Assuming that a substantially constant current is now applied to these elements, a voltage as shown in FIG. 3a will appear in the Hall element 1. Appears as the data rotates. That is, when the Hall element 1 is in the position shown in FIG. 1a and the rotor rotates in the direction of the arrow 100, a voltage VIA appears at the IA terminal as the rotation angle 8 changes. In other words, in Figure 1b,
Magnet 5 originally provided for generating main field energy to generate rotational torque
The magnetic flux from near the side surface penetrates the Hall element 1 and enters the European magnetic material 6 along a path as shown by the dotted line in the figure. As the rotor rotates, the amount of magnetic flux increases near the pole center of the field magnet and decreases near the boundary between the poles. At the same time, the magnetic flux is modulated by density due to the unevenness of the end of the magnetic material, and as a result, the IA terminal output VIA of the Hall element 1 becomes as shown in FIG. 3a. At this time, the IB terminal output is
Normally, the potential layer at both input terminals is at a constant value between the intermediate value &. If the rotor continues to rotate and the polarity of the magnetic flux passing through the Hall element 1 is reversed, an output will appear on the IB terminal side.
The IA terminal side has a constant voltage that does not change. In this way, each time the magnet sacrifice is switched, outputs appear alternately at the IA and IB terminals, and when these outputs are combined, the result is shown in Figure 3a.
It can be obtained with a waveform like . Similarly, outputs are obtained alternately at each output terminal of the Hall elements 2 and 3, as shown in FIGS. 3b and 3c. Now, in Fig. 2, all the voltages in the V window are synthesized by resistors 11 to 16 to VI, VIB, V output, etc. By adding them together, a voltage output as shown in FIG. 3d is obtained. At one end of each output of the Hall elements 1 to 4, a sinusoidal half-wave output corresponding to the field magnetic pole of the magnet exists as a fundamental wave, which is modulated by the unevenness of the end of the magnetic material 6. The result is the output. When these respective outputs are added, the fundamental wave component is added, and the modulated wave component due to the unevenness is also added. At this time, since three Hall elements are used for addition, the fundamental wave component becomes the same as three-phase full-wave rectification, and the pulsation component becomes 4. Regarding the latter addition of unevenness,
When one Hall element faces the convex part of the magnetic material 6, the other terminals are also made to face the convex part,
As a result of the addition, the unevenness signal obtained by the soft magnetic material can be left as is. In other words, as a result of the addition, the uneven signal can be left without being reduced while the fundamental wave component is reduced. When the Hall element is located near the center of the field magnetic pole, the magnetomotive force is large and the modulation signal of the unevenness is also large, but when it comes near the boundary of the pole, the modulation signal becomes small. However, as the outputs of the three elements are added together with a predetermined phase difference (2/3 in this case), the unevenness signal does not change much in its oscillation even when the rotation angle 8 changes, and the output remains approximately constant. is tied up. In order to remove the fundamental wave component and external noise and extract a stable signal, the signal may be processed through a band passing circuit such as a high-pass filter 8. In this way, the irregularities on the outer periphery of the soft magnetic material 6 will provide a more stable signal that changes with the rotation of the rotor, that is, an AC signal with a frequency proportional to the number of rotations. In order for both to face each other in the same phase, the number of poles of the unevenness is K, the number of pole pairs of the magnet is P, and the number of Hall elements is ◇, then K = NPJ (N is any positive integer). It is sufficient if the relationship is satisfied. If P = 4 pole pairs, 0 = 3, then K = 12 × N
, and FIG. 1 corresponds to the case where N=2. However, this relationship is a necessary condition only when the Hall elements are arranged at a uniform pitch within the circumference 360o, and when the Hall elements are distributed unevenly within the circumferential direction 360o. It is not necessary to satisfy the above conditions. By the way, the rotor position can be detected by looking at the sacrifice of the voltage between the output terminals of one Hall element.

この検出出力によって図示しないトランジスタの開閉を
行って図示しない電機子巻線に流れる電流の極性を切換
え、モータを所定方向に回転させることが出来る。この
技術は公知であって、説明は省略するが、第１図に示す
ホール素子は速度検知の外にロータの位鷹検出にも用い
ることが出来る。第４図はホール素子２個で速度検出を
行うこの発明の他の実施例を示し、第５図はその説明図
である。This detection output opens and closes a transistor (not shown) to switch the polarity of a current flowing through an armature winding (not shown), thereby making it possible to rotate the motor in a predetermined direction. Although this technique is well known and will not be described further, the Hall element shown in FIG. 1 can be used not only for speed detection but also for rotor position detection. FIG. 4 shows another embodiment of the present invention in which speed is detected using two Hall elements, and FIG. 5 is an explanatory diagram thereof.

第１図に於けるホール素子１と４とを、第亀図の様に結
線する。ホール素子１と４とは回転ｉ軸中心より見て２
２．５０隔つて配置される。ローターの回転に伴う軟磁
性材端部の凹凸の歯の位相は素子１と４とでは丁度逆位
相の関係にある。従って第４図における素子１のＩＡ、
ＩＢ出力端の電圧の和は第５図ａに示す如くなり、同様
に素子２の出力電圧の和は同図ｂの様に示される。フィ
ル夕８の入力イ，口には逆相関係の入力がそれぞれ接続
されるものであるが、第４図の様に結線する結果、フィ
ル夕８の出力ＶＡは第５図ｄに示す如き電圧が得られ、
この周波数はローターの回転数に比例する。なおフィル
夕８において、これを単に…篭勤増中器としたときの出
力は第５図ｃの如く得られるものであり、これをフィル
夕８に通す様に−しても良いことはいうまでもない。ホ
ール素子２個で速度を検出する場合、軟磁性材の外周の
凹凸の歯数Ｋは「 ２個のホール素子の間の間隔を電気
角で◇（ｒａｄ）としたとき、Ｋ＝２汀Ｎ／ぐで表わさ
れる。Hall elements 1 and 4 in Fig. 1 are connected as shown in Fig. 1. Hall elements 1 and 4 are 2 when viewed from the center of rotation i-axis.
2.50 apart. The phases of the concave and convex teeth on the end of the soft magnetic material as the rotor rotates are exactly opposite in phase between elements 1 and 4. Therefore, IA of element 1 in FIG.
The sum of the voltages at the IB output ends is as shown in FIG. 5a, and similarly the sum of the output voltages of the element 2 is shown as in FIG. Inputs with opposite phases are connected to the inputs A and 8 of the filter 8, respectively.As a result of connecting the wires as shown in Fig. 4, the output VA of the filter 8 has a voltage as shown in Fig. 5d. is obtained,
This frequency is proportional to the rotation speed of the rotor. Furthermore, in filter 8, when this is simply used as an intensifier, the output is obtained as shown in Figure 5c, and it is also possible to pass this through filter 8. Not even. When detecting speed with two Hall elements, the number of teeth K of the irregularities on the outer periphery of the soft magnetic material is ``When the distance between two Hall elements is ◇ (rad) in electrical angle, K = 2　N Represented by /gu.

ただしＮ、Ｋ共に正整数となる条件を満すことが必要で
ある。第４図の例はここです＝ｍ／２（つまり一極対間
が９００＝２竹である為）、Ｎ＝６としてＫ＝２４とな
った場合にあたる。Ｊを同一としＮ＝８とした場合の実
施例が第６図である。このとき、ホール素子１，４は軟
磁性材６の外周の凹凸の歯に対して相互に同相の関係を
もって対向するため、素子１，４の出力すべてを加算し
てフィル夕８の一方様に入力すると所望の速度信号ＶＡ
が出力に得られる。第７図ａはホール素子１の出力の和
〜同図ｂは素子２の和を表わし、これらを加算したもの
が同図ｃである。出力ＶＡは同図ｄの様に得られる。な
おホール素子の差動出力電圧の極性を検知することによ
ってローターの位置検出に供しうろことはホール素子を
３個用いる場合と同様である。以上の説明においては、
速度検出信号を作るために、ホール素子を通る疎密を生
成するにあたり、界磁磁石を保持する軟磁性材の円板６
の外周に凹凸を刻むこととしている。However, it is necessary to satisfy the condition that both N and K are positive integers. The example in Figure 4 is here = m/2 (that is, since the distance between one pole pair is 900 = 2 bamboos), N = 6, and K = 24. FIG. 6 shows an example in which J is the same and N=8. At this time, since the Hall elements 1 and 4 face the irregular teeth on the outer periphery of the soft magnetic material 6 in a mutually in-phase relationship, all the outputs of the elements 1 and 4 are added together to form one side of the filter 8. When input, the desired speed signal VA
is obtained in the output. FIG. 7a shows the sum of the outputs of Hall element 1, and FIG. 7b shows the sum of the outputs of element 2, and the sum of these outputs is shown in FIG. 7c. The output VA is obtained as shown in Fig. d. Note that the scale used to detect the position of the rotor by detecting the polarity of the differential output voltage of the Hall elements is the same as in the case of using three Hall elements. In the above explanation,
In order to generate a speed detection signal, a disc 6 of soft magnetic material that holds a field magnet is used to generate the density passing through the Hall element.
The outer periphery is carved with unevenness.

凹凸を刻む軟磁性材は磁石を保持する円板に限られない
。これとは別のりング状の円板の内周に凹凸を刻み、こ
れを界磁磁石と共に回転させても良い。その一例を第８
図に示す。本図はその断面図を示し、例えばホール素子
１は静止し、内周に凹凸を刻まれた円板６′が、磁石５
を保持する敏磁性円板６に一体装着される。ホール素子
１を通る滋略は図中点線の様に形成されるが、本経路を
通る磁束は円板６′内周の凹凸によって振中変調をうけ
、ホール素子１の出力電圧は前記第３，５，７図に示し
た如く得られる。つまり第８図構成は第１図構成の速度
検出器と同じ機能を有する。磁束の疎密を形成する方法
は軟磁性材の凹凸によるものに限られず、予め界磁磁石
の一部分に速度発電機用の磁束の疎密部分を着磁してお
いても良い。The soft magnetic material that carves irregularities is not limited to the disc that holds the magnet. In addition to this, it is also possible to carve irregularities on the inner periphery of a ring-shaped disc and rotate this together with the field magnet. An example of this is shown in section 8.
As shown in the figure. This figure shows a cross-sectional view of the same. For example, the Hall element 1 is stationary, and a disk 6' with an uneven inner circumference is placed on the magnet 5.
It is integrally attached to the magnetically sensitive disk 6 that holds the. The magnetic flux passing through the Hall element 1 is formed as shown by the dotted line in the figure, but the magnetic flux passing through this path is modulated in oscillation by the unevenness of the inner circumference of the disk 6', and the output voltage of the Hall element 1 is , 5 and 7 are obtained. In other words, the configuration of FIG. 8 has the same function as the speed detector of the configuration of FIG. 1. The method of forming the magnetic flux density is not limited to the method using the unevenness of the soft magnetic material, and a portion of the field magnet may be magnetized in advance to form the magnetic flux density portion for the speed generator.

即ちたとえば、第９図ａにおいて磁石５を着磁するにあ
たり、斜線部分には着磁用ヨークを対向させずに所定の
主界磁々東用のＮ、ＳＳ極着滋を行う。００の原点より
角度８を図の方向に移動して磁束密度を見ると第９図ｂ
の様になる。That is, for example, when magnetizing the magnet 5 in FIG. 9a, the N and SS poles for the east of the main field are attached without facing the magnetizing yoke in the shaded area. If you move the angle 8 from the origin of 00 in the direction shown in the figure and look at the magnetic flux density, you will see Figure 9b.
It will look like this.

つまり第１図の実施例などで得られたと同じ磁束の疎密
を作りえたことにある。ホール素子はこの磁束を検知す
る位置におくと、磁束の疎密でローターの回転速度を検
知出来る外、出力の差動信号極性を見てロータ−の位置
を検知することができる。以上の説明から明らかな様に
、本発明によればモーターの駆動トルク発生用の磁石界
磁の一部分を用いて速度を検出することが出釆るので別
途速度発電機用の磁石等を用いる必要がなく、速度検出
機構を含むモータのサイズを小型化することが出来る。
さらにまた速度検出用ホール素子をもってローターの位
置をも検出しうるので無整流子モー外こ用いるとき、位
置検出器を別に設ける必要がなくさらにモータの全体系
を小型化しうるものである。In other words, the same density of magnetic flux as obtained in the embodiment shown in FIG. 1 can be created. When the Hall element is placed in a position to detect this magnetic flux, it is possible to detect the rotational speed of the rotor based on the density of the magnetic flux, as well as the position of the rotor based on the polarity of the output differential signal. As is clear from the above explanation, according to the present invention, the speed can be detected using a part of the magnet field for generating drive torque of the motor, so it is necessary to use a separate magnet for the speed generator. Therefore, the size of the motor including the speed detection mechanism can be reduced.
Furthermore, since the position of the rotor can also be detected using the Hall element for speed detection, there is no need to provide a separate position detector when using a non-commutator motor, and the overall motor system can be further downsized.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図は本発明の一実施例による速度発電機の主要構成
を示す構成図、第２はその信号処理回路を示す回路図、
第３図は第２図に示す回路の動作を説明するための波形
図、第４図は本発明の他の実施例を示す構成図、第５図
は第４図の説明図、第６図は本発明の他の実施例を示す
構成図、第７図は第６図の説明図、第８図及び第９図は
この発明の他の実施例を示す構成図である。 図中、１〜４はホール素子、５は永久磁石、６，６′は
軟磁性円板、７は回転軸、８はフィル夕、９〜１８は抵
抗器、１９は電波である。 図中、同一符号は同一又相当部分を示す。第１図 第２図 第３図 第４図 第６図 第！５図 第７図 第８図 第９図FIG. 1 is a block diagram showing the main structure of a speed generator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a circuit diagram showing its signal processing circuit.
3 is a waveform diagram for explaining the operation of the circuit shown in FIG. 2, FIG. 4 is a configuration diagram showing another embodiment of the present invention, FIG. 5 is an explanatory diagram of FIG. 4, and FIG. 7 is an explanatory diagram of FIG. 6, and FIGS. 8 and 9 are configuration diagrams showing other embodiments of the present invention. In the figure, 1 to 4 are Hall elements, 5 is a permanent magnet, 6 and 6' are soft magnetic discs, 7 is a rotating shaft, 8 is a filter, 9 to 18 are resistors, and 19 is a radio wave. In the figures, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts. Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure 4 Figure 6! Figure 5 Figure 7 Figure 8 Figure 9

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] １ ロータに一体固定化されると共に複数極に着磁され
た永久磁石、前記ロータ上にあって前記永久磁石の極ピ
ツチよりも短い均等ピツチで、前記永久磁石の作る磁束
の一部分を円周方向に疎密に変化させる変化手段、この
変化手段に対向する位置の静止体上にあって、前記変化
手段によって疎密に変化する前記永久磁石の磁束の量を
検出する複数個の磁気感応素子、これらの磁気感応素子
の各々の差動出力端子間を接続する複数の抵抗器、これ
らの抵抗器の接続点各々を共通接続して入力信号端子と
するか、または前記抵抗器の各々の接点間の差信号を入
力とする様に接続され、前記ロータの回転速度信号を出
力とする帯域通過回路よりなる速度発電機。1. A permanent magnet that is integrally fixed to the rotor and magnetized into multiple poles, which is located on the rotor and has a uniform pitch that is shorter than the pole pitch of the permanent magnet, directs a part of the magnetic flux generated by the permanent magnet in the circumferential direction. a plurality of magnetic sensing elements disposed on a stationary body at a position opposite to the changing means and detecting the amount of magnetic flux of the permanent magnet that changes in density and density by the changing means; A plurality of resistors are connected between the differential output terminals of each of the magnetically sensitive elements, and each of the connection points of these resistors is commonly connected to serve as an input signal terminal, or the difference between the contacts of each of the resistors is A speed generator comprising a bandpass circuit connected to receive a signal as an input and output as an output the rotational speed signal of the rotor.